道路通行效率模型的计算机仿真问题研究论文
摘要:2016年发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提到了未来几年要推广街区制的想法，这一想法引起了全国人民的广泛关注和热烈讨论。本文运用道路通行能力和通行效率等概念，建立了道路通行效率的量化模型，然后对通行效率模型进行模型建立的方法分析、前提条件设定、效率模型分析和量化分析，得到开放小区道路的最大通行效率，以此来研究小区开放对周边道路通行的影响。接着，对小区结构进行定义和分类，然后通过Pathfinder和MATLAB进行仿真模拟和数据分析，设定4种路网结构，通过对路网结构、车流量、总通过时间之间的关系进行分析，得出开放小区可以增加道路流量、减少车辆总通过时间的结论，并且通过对比研究得到的图像与数据，发现了车辆总通过时间不会一直随着小区开放程度的增大而不断增大的规律。
关键词:道路通行效率；小区开放化；Pathfinder仿真模拟
1问题研究背景
所谓开放式小区，就是拆掉重重叠叠的高墙，将居民楼从“笼子”中解放出来，与之前封闭式小区相比，它的本质没有改变，只是管理服务的方式有所变化。如果把国家形容成一个完整的人，那么每一个城市便都是构成人类的一部分，这样城市的主干道便成了有重大意义的主血管，城市中的小通路就成了毛细血管。众所周知，毛细血管虽小而多，但却不可缺少，所以有的人认为，将路堵起来的封闭式小区破坏了城市的路网结构，堵塞了城市“毛细血管”，很容易就会造成交通阻塞，如果将小区开放，那么城市的路网密度就会提高，这样就可以使城市交通更畅通。然而另一种观点认为，小区开放后虽然增多了可通行道，但是小区周边主路上进出小区的交叉路口的车辆也会增多，这种现象也可能会影响主路的通行速度。为了帮助城市规划和交通管理部门更好的建设城市，本文将建立数学模型，用科学的方法研究小区开放对周边道路通行的影响，为基层建设贡献力量。
2道路通行效率的量化模型
鉴于小区的开放化城市交通的影响不能由某个单项评价来反映，所以本文在此引用《居住小区开发交通影响分析研究》中提出的“交通影响度”的概念来衡量小区开放化对其周围道路交通设施可能产生的影响的程度，进而运用由其生成的“居住小区交通影响度评价指标体系”来全面反映小区开放后对局部路网运行状况的影响。为了研究小区开放对周边路段通行的影响，本文在道路通行能力和通行效率的概念的基础之上运用了道路通行效率的量化模型来研究小区开放对周边道路通行的影响。在对开放小区路段通行效率进行分析时，建立车头间距与车速之间的模型，用以反映车流量，通过测算车头间距来推算出汽车车辆在单车道的通行能力，接着，分析对通行能力产生影响的各种因素，从而得出机动车道路的实际通行能力。最后，通过对结果的.分析来说明小区开放对周边道路通行的影响。
2.1模型建立的前提条件
近年来，随着我国经济的快速增长和城市化进程的加快，城市人口和车辆不断增加，我国城市交通面临着越来越严峻的考验。城市交通系统是现代国民经济中的一个重要组成部分，在这个形势下，“小区开放化”成为了城市发展的必然选择。本文对通行效率理论模型的建立基于以下假设条件：1）假设机动车是处于一辆紧接一辆的连续跟车行驶状态中；2）假设行车速度不受天气因素干扰；3）假设需要被开放的小区都可以被顺利开放；4）假设车辆均为匀速行驶；5）假设道路为单向车道；6）假设道路有良好的平面线形以及路面状况。根据资料研究，机动车车头间距与其行驶速度的关系计算公式为，由于sth=vh，故而：()9814thvv=所以可得开放小区道单车道机动车的理论通行能力为：036003600(14)maxmax98tvvCh==通过以上公示的计算，本文得到随车速变化的车头间距与车道理论通行能力假设机动车车道的平均宽度为1m，则单向n车车道该上每米宽度的理论通行效率计算公式为：00nCNPnl=
2.2道路通行效率量化分析
由机动车车头时距th可推算出机动车单车道通行能力0C，再通过分析影响通行能力的各种因素，进而得出车道的实际通行能力的计算方法。假设机动车车道的平均宽度为1米，则单向n车车道该上每米宽度的实际通行效率计算公式为：00pnnCCNPPnllαβγ==为方便得到路段的可能最大通行效率，假设该道路行驶车流均由小型汽车构成，此时用小客车的最大载客量来表示nP，这样，开放小区道路路段每米宽度上的车辆通行效率maxpN可以通过以下公式求得：max0pnCNPlαβγ=即为最大通行效率。
3小区开放问题研究
为了研究小区开放产生的效果，本文首先研究小区结构的定义和分类，然后通过Pathfinder和MATLAB进行仿真模拟和数据分析，设定4种路网结构，其中封闭小区结构1种，开放式小区结构3种，通过对路网结构、车流量、总通过时间之间的关系进行分析，最终得到结论。
3.1小区结构
通过查阅大量文献，发现对于小区结构尚未有明确的定义和分类，对此，本文借鉴百度百科相关词条，将小区结构分为3类：封闭式小区：有明确的边界，即围墙和大门的小区，小区内主路和辅路均不对外开放，车辆只能从周边道路通过；半封闭式小区：有部分边界的小区，小区内主路对外开放，但辅路不对外开放，车辆可以从周边道路和小区内主路通过；开放式小区没有边界或边界不清晰的小区，小区内主路和辅路均对外开放，车辆可以从周边道路和小区内道路通过。
3.2Pathfinder仿真模拟及结果分析
根据之前建立的模型，本文利用Pathfinder软件进行仿真模拟，对所得数据进行分析。设定封闭式小区周边为横竖各1km的矩形公路，当小区开放时，本文设定三种小区的样式分别为：半封闭式小区、单通路开放式小区和多通路开放式小区。设定车辆起点为小区左下角路段，终点为右上角路段，且车辆均为普通小轿车，总数分别为100辆、200辆和300辆，车速20km/h～30km/h，并进行仿真模拟。将得到的仿真模拟数据导入MATLAB软件进行分析，通过分析可知，在一定范围内，车辆总数与总通过时间成正比。在车辆总数一定的情况下，单通路开放式小区和多通路开放式小区平均总通过时间最短且相近，但多通路开放式小区开放程度比单通路开放式小区更大，因此可以得到以下结论：开放小区可以增加道路流量，减少车辆总通过时间，但是车辆总通过时间不会一直随着小区开放程度的增大而减少，实验数据证明，车辆总通过时间在减少到特定值之后会趋于平稳。综上所述，对开放后可以加强城市路网的封闭式小区施行一定程度的开放，可以达到疏通城市交通的目的，并且对于各类开放程度不同的小区，其开放程度在特定值之下时，与之前未开放时对比，可以有效地舒缓交通；而对于开放程度在特定值之上的小区，其舒缓交通的作用虽然比未开放时要好，但却不会再随着小区开放程度的增大而有过大的变化。
4结论
汉代的赵晔曾提出“因地制宜”的想法，在进行小区开放的问题上，本文认为也应该采用这种思想。开放小区并不是要开放全部的封闭小区，而是根据各街道的道路组成的不同，有选择性地进行开放。如果某小区的开放导致城市断头路增多，反而加大了交通运输的难度，则该小区便不符合小区开放的原则，将其从计划中筛除。当然，不论是封闭式小区还是开放式小区，都是市民居住的地方，所以都要保证住户最基本的安全。开放式小区原则上只开放小区主干道作为交通枢纽，小区之中错综复杂的小路不作为开放成通车道路的首选，尽量避免居民一出楼道门既是马路的状况，防止居民在毫无准备的情况下进入川流不息的车群，从而发生交通事故。开放式小区的通路原则上只用于加速城市交通流动，不承担城市交通主要枢纽的任务。小区通路并不像大马路，有宽阔的四至六车道供车辆通行，它在一定程度上很可能只是一条单向通行的道路，只为了完善城市的交通联通，不适合承担大量车辆停车与掉头的任务。
参考文献
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